KR102056404B1 - Wireless power transmitting device and Controlling method thereof - Google Patents

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KR102056404B1 KR1020140120393A KR20140120393A KR102056404B1 KR 102056404 B1 KR102056404 B1 KR 102056404B1 KR 1020140120393 A KR1020140120393 A KR 1020140120393A KR 20140120393 A KR20140120393 A KR 20140120393A KR 102056404 B1 KR102056404 B1 KR 102056404B1
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Abstract

본 발명에 따른 무선전력 송신 장치는 전력을 전송하는 공진 탱크 및 상기 공진 탱크와 직렬로 연결된 활성화 스위치를 포함하는 적어도 하나 이상의 전력전송기, 및 상기 활성화 스위치에 인가되는 구동전압의 크기를 제어하여 상기 공진 탱크가 전송하는 전력의 크기를 제어하는 프로세서를 포함한다.In accordance with another aspect of the present invention, a wireless power transmitter includes a resonance tank for transmitting power and at least one power transmitter including an activation switch connected in series with the resonance tank, and a magnitude of a driving voltage applied to the activation switch to control the resonance. And a processor for controlling the amount of power the tank transmits.

Description

무선전력 송신 장치 및 그 제어방법{Wireless power transmitting device and Controlling method thereof}Wireless power transmitting device and control method thereof

본 발명은 무선전력 송신 장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. The present invention relates to a wireless power transmission apparatus and a control method thereof.

최근 각종 전자기기에 전선의 연결이 없이도 편리하게 전원을 공급하거나 충전할 수 있는 방법인 무선 전력 전송(Wireless Power Transfer) 기술에 대한 활발한 연구가 진행되면서 관심도가 급격히 늘어나고 있으며, 무선 전력 전송 기술은 개인 단말기를 무선으로 충전하는 방식에서부터 크게는 자동차 배터리를 무선으로 충전하는 기술까지 그 영역이 확대되어질 추세이다.Recently, as active researches on wireless power transfer technology, which is a method of conveniently supplying or charging power without connecting wires to various electronic devices, interest is rapidly increasing. The trend is to expand the field from wireless charging of terminals to wireless charging of automotive batteries.

무선 전력 전송 기술 분야는 전자기 유도(Inductive Coupling) 방식, 근접장공명(Evanescent Wave Resonance)방식, RF(Radio Frequency)방식 등 크게 세 가지 방식이 있으며, 현재 가장 효율적이고 많이 이용되고 있는 방식은 전자기 유도 방식이다.There are three major wireless power transmission technology fields: electromagnetic inductive coupling, near wave resonance, and RF (radio frequency). The most efficient and widely used methods are electromagnetic induction. to be.

전자기 유도 방식은 변압기(Transformer)의 기본 원리와 같으며, 무선 충전 시스템에서는 변압기의 1차 코일과 2차 코일을 분리하여 1차 코일은 충전 장치(이하, 송신 장치)에 2차 코일은 단말기(이하, 수신 장치)에 탑재하여 사용된다.The electromagnetic induction method is similar to the basic principle of a transformer, and in a wireless charging system, the primary coil and the secondary coil of the transformer are separated, and the primary coil is connected to the charging device (hereinafter referred to as a transmitting device) and the secondary coil is connected to the terminal ( Hereinafter, it is mounted and used in a receiving apparatus).

전자기 유도 방식을 이용한 무선 충전 시스템을 설계함에 있어서, 코일 간의 전류유도가 전체 시스템의 효율과 밀접한 관련이 있기 때문에 송수신단의 코일의 특성 및 매칭을 고려하여 설계해야 한다.In designing a wireless charging system using an electromagnetic induction method, the current induction between coils is closely related to the efficiency of the entire system, so it must be designed in consideration of the characteristics and matching of the coils of the transceiver.

나아가, 최근 무선충전 기술에 대한 소비자의 다양한 요구는 단일 무선충전 송신기로 다수 개의 무선충전 수신기의 충전이 가능한 다중충전에 관한 것이 큰 부분을 차지하고 있다. 이에 따라, 최근에는 다중충전을 위한 기술이 많이 제안되고 있다.
In addition, recently, various demands of consumers for the wireless charging technology are largely related to the multi-charging capable of charging a plurality of wireless charging receivers with a single wireless charging transmitter. Accordingly, in recent years, many technologies for multicharging have been proposed.

특허공개 2013-0130191KRPatent Publication 2013-0130191KR

본 발명은 다중충전을 위한 다수개의 인덕터를 단일 인버터로 구동하는 방식의 무선전력 송신기와 다중충전을 위한 다수개의 인덕터를 각각의 인버터로 구동하는 방식에 있어서의 무선전력 수신기간의 비호환성 문제를 해결하고자 함이다.
The present invention solves the incompatibility problem between the wireless power transmitter of driving multiple inductors for multiple charging by a single inverter and the wireless power receiver in driving multiple inductors for multiple charging with each inverter. To do so.

본 발명인 무선전력 송신 장치 및 그 제어방법은 복수개의 무선전력 수신기에 대한 다중충전을 위해 다수개의 인덕터를 각각의 인버터가 아닌 단일 인버터로 구동하는 무선전력 송신 장치와 무선전력 수신부 간의 호환을 위해, 상기 무선전력 송신 장치에 포함된 전력전송기에 대응되는 상기 무선전력 수신부의 목표전류값에 기초한 상기 활성화 스위치의 구동전압 크기의 제어를 통해, 상기 공진탱크의 전압을 조절한다. The present invention provides a wireless power transmitter and a control method thereof for compatibility between a wireless power transmitter and a wireless power receiver for driving a plurality of inductors as a single inverter instead of each inverter for multiple charging of a plurality of wireless power receivers. The voltage of the resonance tank is adjusted by controlling the driving voltage magnitude of the activation switch based on the target current value of the wireless power receiver corresponding to the power transmitter included in the wireless power transmitter.

나아가, 상기 전력전송기에 대응되는 상기 무선전력 수신부의 목표전압이득에 기초하여, 인버터의 구동신호의 주파수를 결정하며, 상기 구동주파수를 기준으로 상기 공진탱크의 전압을 제어한다.
Further, the frequency of the drive signal of the inverter is determined based on the target voltage gain of the wireless power receiver corresponding to the power transmitter, and the voltage of the resonance tank is controlled based on the drive frequency.

즉, 상기 전력전송기에 대응되는 상기 무선전력 수신부의 목표전압이득 중 최대전압이득을 검출하며, 상기 최대전압이득에 기초하여 상기 인버터의 스위칭 동작을 제어하기 위한 구동신호의 주파수를 결정한다.
That is, the maximum voltage gain is detected among the target voltage gains of the wireless power receiver corresponding to the power transmitter, and the frequency of the driving signal for controlling the switching operation of the inverter is determined based on the maximum voltage gain.

이에 따라, 상기 전력전송기는 스위칭 동작을 통해, 상기 공진탱크를 활성화시키는 활성화 스위치를 포함하며, 상기 공진탱크는 상호 직렬로 연결된 상기 송신인덕터와 송신커패시터로 구성될 수 있고, 상기 활성화 스위치는 모스펫(Metal oxide semiconductor field effect transistor)일 수 있다.
Accordingly, the power transmitter includes an activation switch for activating the resonant tank through a switching operation, wherein the resonant tank may be configured of the transmission inductor and the transmission capacitor connected in series with each other, and the activation switch may be a MOSFET. Metal oxide semiconductor field effect transistor).

따라서, 상기 전력전송기에 대응되는 상기 무선전력 수신부의 목표전압이득에 기초한 상기 활성화 스위치의 구동전압 크기의 제어를 통해, 상기 공진탱크의 전압을 조절할 수 있다. Therefore, the voltage of the resonant tank may be adjusted by controlling the magnitude of the driving voltage of the activation switch based on the target voltage gain of the wireless power receiver corresponding to the power transmitter.

나아가, 인버터의 상기 제 1 및 2 스위치는 모스펫(Metal oxide semiconductor field effect transistor)일 수 있으며, 상기 전력전송기에 대응되는 상기 무선전력 수신부의 출력전류 중 상기 최대전압이득에 기초하여, 상기 인버터의 제 1 스위치 와 제 2 스위치의 동작을 제어하기 위한 PWM신호의 주파수를 결정할 수 있다.
Further, the first and second switches of the inverter may be a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSPET), and based on the maximum voltage gain of the output current of the wireless power receiver corresponding to the power transmitter, The frequency of the PWM signal for controlling the operation of the first switch and the second switch can be determined.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선충전 시스템을 나타낸 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선충전 시스템의 무선충전 송신부의 구성을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전력전송기의 활성화 스위치인 모스펫(MOSFET)의 구동전압과 출력전압간의 관계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선충전시스템의 회로구성을 나타낸 도면이다.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 인버터의 동작신호를 나타낸 도면이며, 도 5b는 전력전송기의 활성화 스위치의 구동전압을 나타낸 도면이고, 도 5c는 전력전송기의 공진탱크의 전압을 나타낸 도면이다.
도 6a 와 도 6b는 도 5a 내지 5c에 따른 본 발명의 일실시예에 따른 무선충전 수신부의 출력전압 과 무선충전 수신부의 출력전류를 나타낸 도면이다. 1 is a block diagram showing a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
2 is a view showing the configuration of a wireless charging transmitter of a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a relationship between a driving voltage and an output voltage of a MOSFET, which is an activation switch of a power transmitter, according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a circuit configuration of a wireless charging system according to an embodiment of the present invention.
Figure 5a is a view showing the operation signal of the inverter according to an embodiment of the present invention, Figure 5b is a view showing the drive voltage of the activation switch of the power transmitter, Figure 5c is a view showing the voltage of the resonant tank of the power transmitter. .
Figures 6a and 6b is a view showing the output voltage of the wireless charging receiver and the output current of the wireless charging receiver according to an embodiment of the present invention according to Figure 5a to 5c.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
The objects, specific advantages and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments associated with the accompanying drawings. In the present specification, in adding reference numerals to the components of each drawing, it should be noted that the same components as possible, even if displayed on different drawings have the same number as possible. In addition, terms such as “one side”, “other side”, “first”, “second”, etc. are used to distinguish one component from another component, and a component is limited by the terms. no. In the following description, detailed descriptions of related well-known techniques that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명인 무선충전시스템 및 그 제어방법에 대하여, 실시예를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a wireless charging system and a control method of the present invention will be described in detail with reference to the embodiment.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 무선충전 시스템을 나타낸 블록도이며,도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 무선충전 시스템의 무선충전 송신부의 구성을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전력전송기의 활성화 스위치인 모스펫(MOSFET)의 구동전압과 출력전압간의 관계를 나타낸 도면이다.
1 is a block diagram showing a wireless charging system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a view showing the configuration of a wireless charging transmitter of a wireless charging system according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is a present invention FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between a driving voltage and an output voltage of a MOSFET, which is an activation switch of a power transmitter.

도 1 과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명인 무선충전시스템(10)은 전력을 전송하는 적어도 하나 이상의 전력전송기(120.1 ~ 120.n)를 포함하는 무선전력 송신부(100) 와 상기 전력을 수신하는 적어도 하나 이상의 무선전력 수신부(210.1 ~210.n)를 포함한다.
1 and 2, the wireless charging system 10 of the present invention receives the power and the wireless power transmitter 100 including at least one power transmitter (120.1 ~ 120.n) for transmitting power. It includes at least one wireless power receiver 210.1 ~ 210.n.

무선전력 송신부(100)는 전력전송기(120.1 ~ 120.n)에 대응되는 무선전력 수신부(210.1 ~210.n )의 목표전압이득에 기초하여, 전력전송기(120.1 ~ 120.n)로부터 전력전송기(120.1 ~ 120.n)에 대응되는 무선전력 수신부(210.1 ~210.n )에 전송되는 전력을 제어하며, 인버터(110), 적어도 하나 이상의 전력전송기(120.1 ~ 120.n) 및 제1프로세서(130)를 포함할 수 있다.
The wireless power transmitter 100 may transmit power from the power transmitter 120.1 to 120.n based on the target voltage gain of the wireless power receiver 210.1 to 210.n corresponding to the power transmitters 120.1 to 120.n. Controls power transmitted to the wireless power receivers 210.1 to 210.n corresponding to 120.1 to 120.n, and includes an inverter 110, at least one power transmitter 120.1 to 120.n, and a first processor 130. ) May be included.

인버터(110)는 전원부()로부터 인가된 직류전압을 스위칭 동작을 통해, 펄스전압신호(구형펄스)로 변경하며, 상기 펄스전압신호(구형펄스)를 전력전송기(120.1 ~ 120.n)에 인가한다. 또한, 상호 전기적으로 연결되며, 교번적으로 동작하는 제 1 스위치(Ma)와 제 2 스위치(Mb)를 포함하며,상기 제 2 스위치(Mb)는 상기 전력전송기(120.1 ~ 120.n)와 병렬로 연결된다. 여기에서, 제 1 스위치(Ma) 와 제 2 스위치(Mb)는 모스펫(Metal oxide semiconductor field effect transistor)일 수 있으며, n형 모스펫 또는 p형 모스펫 중 선택될 수 있고, 상세한 내용은 후술하도록 한다.
The inverter 110 converts the DC voltage applied from the power supply unit into a pulse voltage signal (old pulse) through a switching operation, and applies the pulse voltage signal (old pulse) to the power transmitters 120.1 to 120.n. do. In addition, the first switch Ma and the second switch (Mb) electrically connected to each other, and alternately operated, the second switch (Mb) is in parallel with the power transmitter (120.1 ~ 120.n) Leads to. Here, the first switch Ma and the second switch Mb may be metal oxide semiconductor field effect transistors, and may be selected from n-type MOSFETs or p-type MOSFETs, which will be described later.

도 1 및 2에 도시된 바와 같이, 전력전송기(120.1 ~ 120.n)는 인버터(110)로부터 인가된 펄스전압신호에 기초하여, 무선전력 수신부(210.1 ~210.n)로 전력을 전송하며, 상호 직렬로 연결된 송신인덕터(L11 ~ L1n) 와 송신커패시터(C11 ~ C1N)로 구성된 공진탱크(121.1~121.n) 와 스위칭 동작을 통해 공진탱크(121.1~121.n)를 활성화 시키는 활성화 스위치(M1 ~ Mn)를 포함한다. 또한, 전력전송기(120.1 ~ 120.n)는 무선전력 송신부(100)에 적어도 하나 이상이 구비될 수 있으며, 각각의 전력전송기(120.1 ~ 120.n)는 상호 병렬로 연결된다. 1 and 2, the power transmitters 120.1 to 120.n transmit power to the wireless power receivers 210.1 to 210.n based on the pulse voltage signal applied from the inverter 110. Transmitting inductors (L 11 to L 1n ) and transmitting capacitors (C 11 ) connected in series with each other ~ C 1N ) comprises a resonant tank (121.1 ~ 121.n) consisting of and the activation switch (M1 ~ M n ) for activating the resonant tank (121.1 ~ 121.n) through a switching operation. In addition, at least one power transmitter 120.1 to 120.n may be provided in the wireless power transmitter 100, and each power transmitter 120.1 to 120.n is connected in parallel to each other.

여기에서, 활성화 스위치(M1 ~ Mn)는 모스펫(Metal oxide semiconductor field effect transistor)일 수 있으며, n형 모스펫 또는 p형 모스펫 중 선택될 수 있고, 활성화 스위치(M1 ~ Mn)는 구동전압(게이트-소스 전압)의 크기에 따라, 스위칭 영역 또는 선형영역에서 동작한다.
Herein, the activation switches M1 to M n may be metal oxide semiconductor field effect transistors, and may be selected from n-type MOSFETs or p-type MOSFETs, and the activation switches M1 to M n may be driven voltages. Depending on the magnitude of the gate-source voltage).

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 1) 상기 선형영역은 활성화 스위치(M1 ~ Mn)가 n형 모스펫인 경우, 동일한 드레인 전류(ID)를 기준으로 게이트- 소스 전압(VGS)을 증가시킬때, 드레인-소스전압(VDS)이 감소하게 되는 영역을 말하며, 2) 상기 스위칭 영역이란, 게이트- 소스 전압(VGS)을 증가시킨 경우, 드레인-소스전압(VDS)이 0[V]에 수렴했을때의 동작영역을 말하며, 이때, 드레인-소스단자간의 저항은 0[Ω]에 근접하게 된다.
That is, as shown in FIG. 3, 1) when the activation switches M1 to M n are n-type MOSFETs, the linear region receives the gate-source voltage V GS based on the same drain current I D. When increasing, it refers to a region where the drain-source voltage V DS decreases. 2) The switching region means that when the gate-source voltage V GS is increased, the drain-source voltage V DS is zero. It refers to the operating area when converged to [V], where the resistance between the drain and source terminals is close to 0 [Ω].

여기에서, 상기 드레인 전류(ID)는 송신인덕터(L11 ~ L1n)에 흐르는 전류와 동일하며, 활성화 스위치(M1 ~ Mn)가 P형 모스펫인 경우, 게이트- 소스 전압(VGS)이 증가할때, 드레인-소스전압(VDS)도 증가하게 된다.
Here, the drain current (I D ) is the same as the current flowing in the transmission inductors (L 11 ~ L 1n ), when the activation switch (M1 ~ M n ) is a P-type MOSFET, the gate-source voltage (V GS ) As this increases, the drain-source voltage V DS also increases.

또한, 전력전송기(120.1 ~ 120.n)로부터 무선충전 수신부(210.1 ~210.n)로의 전력전달의 효율성을 높이기 위해, 송신인덕터(L11 ~ L1n)와 송신커패시터(C11 ~ C1N)의 공진주파수는 무선충전 수신부의 수신인덕터(L21 ~ L2n) 와 수신커패시터(C21 ~ C2N)의 공진주파수와 동일하게 설정될 수 있다.
In addition, in order to increase the efficiency of power transfer from the power transmitters 120.1 to 120.n to the wireless charging receivers 210.1 to 210.n, the transmission inductors L 11 to L 1n and the transmission capacitors C 11 are provided. Resonant frequency of ~ C 1N ) is the receiving inductor (L 21 ~ L 2n ) and receiving capacitor (C 21) It may be set equal to the resonant frequency of ~ C 2N ).

제1프로세서(130)는 전력전송기(120.1 ~ 120.n )에 대응되는 무선전력 수신부(210.1 ~210.n)의 목표전압이득에 기초하여, 전력전송기(120.1 ~ 120.n )로부터 무선전력 수신부(210.1 ~210.n)로 전송되는 전력을 제어한다. The first processor 130 based on the target voltage gain of the wireless power receiver 210.1 to 210.n corresponding to the power transmitters 120.1 to 120.n, the wireless power receiver from the power transmitter 120.1 to 120.n Control the power transmitted to (210.1 ~ 210.n).

즉, 제1프로세서(130)는 전력전송기(120.1 ~ 120.n)에 대응되는 무선전력 수신부(210.1 ~210.n)의 목표전압이득에 기초하여, 전력전송기(120.1 ~ 120.n)에 포함된 공진탱크(121.1 ~ 121.n)의 전압을 제어하여, 무선전력 수신부(210.1 ~210.n)에 전송되는 전력을 제어한다.
That is, the first processor 130 is included in the power transmitters 120.1 to 120.n based on the target voltage gain of the wireless power receivers 210.1 to 210.n corresponding to the power transmitters 120.1 to 120.n. By controlling the voltage of the resonant tank (121.1 ~ 121.n), and controls the power transmitted to the wireless power receiver (210.1 ~ 210.n).

보다 구체적으로는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 전력전송기(120.1 ~ 120.n )에 대응하는 무선전력 수신부(210.1 ~210.n)의 목표전압이득에 따라, 제1프로세서(130)는 상기 목표전압이득에 대응되는 전력을 전달할 수 있도록 전력전송기(120.1 ~ 120.n)에 포함된 공진탱크(121.1 ~ 121.n)의 전압(V1~Vn)을 제어함으로써, 공진탱크(121.1, 121.2, 121.3 ~ 121.n)의 송신인덕터에 흐르는 전류(I11 ~ I1n)의 크기를 제어한다.
More specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the first processor according to the target voltage gain of the wireless power receivers 210.1 to 210.n corresponding to the respective power transmitters 120.1 to 120.n. The control unit 130 controls the voltages V 1 to Vn of the resonant tanks 121.1 to 121.n included in the power transmitters 120.1 to 120.n so as to transfer power corresponding to the target voltage gain. Controls the magnitude of the current I 11 -I 1n flowing through the transmitting inductors of the tanks 121.1, 121.2, 121.3 to 121.n.

여기에서, 제1프로세서(130)는 각각의 전력전송기(120.1 ~ 120.n)에 대응하는 무선전력 수신부(210.1 ~210.n)의 목표전압이득에 따라, 공진탱크(121.1 ~ 121.n)에 직렬연결된 활성화 스위치(M1 ~ Mn)(모스펫(Mosfet)의 게이트-소스 전압(VGS)의 크기를 조절하여, 드레인-소스 전압(VDS)의 크기를 제어함으로써, 공진탱크(V1 ~ Vn)의 전압을 제어할 수 있다.
Here, the first processor 130 according to the target voltage gain of the wireless power receiver 210.1 to 210.n corresponding to each of the power transmitters 120.1 to 120.n, the resonant tank (121.1 to 121.n) Activation switch in series with M 1 ~ M n ) (by controlling the magnitude of the drain-source voltage (V DS ) by adjusting the magnitude of the gate-source voltage (V GS ) of the MOSFET (Mosfet), the resonant tank (V 1) It is possible to control the voltage of the V ~ n).

이에 따라, 공진탱크(121.1 ~ 121.n)의 전압에 의해 결정되는 송신인덕터(L11 ~ L1n)에 흐르는 전류(I11 ~I1n)의 크기를 제어할 수 있다. 그리고, 상기 전류(I11 ~I1n)로 인해 유도되는 자기장을 통해, 무선전력 수신부(210.1 ~210.n)의 수신 인덕터(L21 ~ L2n)에 역기전력이 유도되며, 상기 역기전력에 의해 상기 수신인덕터(210.1 ~210.n)에 유도전류(출력전류)가 발생한다. 이로인해, 전류전송기(120.1 ~ 120.n)로부터 무선전력 수신부(210.1 ~210.n)에 전자기 유도방식에 의해 무선으로 전력이 전달될 수 있다.
Accordingly, the current I 11 flowing through the transmission inductors L 11 to L 1n determined by the voltages of the resonant tanks 121.1 to 121.n. ~ I 1n ) can be controlled. The current I 11 ~ I 1n) to a receiving inductor (L 21 ~ L 2n) and the counter electromotive force induced in the receiving inductor by the counter electromotive force (210.1 ~ 210 through a magnetic field, a wireless power receiver (210.1 ~ 210.n) induced due. Induction current (output current) is generated in n). As a result, power may be wirelessly transmitted from the current transmitters 120.1 to 120.n to the wireless power receiver 210.1 to 210.n by an electromagnetic induction method.

나아가, 제1프로세서(130)는 전력전송기(120.1 ~ 120.n)에 대응되는 무선전력 수신부(210.1 ~210.n)의 목표전압이득에 기초하여, 인버터(110)의 구동신호의 주파수를 결정하며, 상기 구동주파수를 기준으로 인버터(110)의 제 1 스위치(Ma) 와 제 2 스위치(Mb)의 스위칭 동작을 제어한다. Further, the first processor 130 determines the frequency of the drive signal of the inverter 110 based on the target voltage gain of the wireless power receiver 210.1 to 210.n corresponding to the power transmitters 120.1 to 120.n. The switching operation of the first switch Ma and the second switch Mb of the inverter 110 is controlled based on the driving frequency.

즉, 제1프로세서(130)는 전력전송기(120.1 ~ 120.n)에 대응되는 무선전력 수신부(210.1 ~210.n)의 목표전압이득 중 상기 최대전압이득을 산출한 후, 상기 최대전압이득을 무선전력 수신부(210.1 ~210.n)에 전달하는데 필요한 인버터(110)의 제 1 및 2 스위치(Ma,Mb)의 PWM신호의 주파수를 결정한다. 여기에서, 상기 PWM 신호의 듀티비는 50%이다.
That is, the first processor 130 calculates the maximum voltage gain among the target voltage gains of the wireless power receivers 210.1 to 210.n corresponding to the power transmitters 120.1 to 120.n, and then obtains the maximum voltage gain. The frequency of the PWM signal of the first and second switches Ma and Mb of the inverter 110 required to transmit to the wireless power receiver 210.1 to 210. n is determined. Here, the duty ratio of the PWM signal is 50%.

예를들면, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 3 무선전력 수신부(210.1 ~210.3)의 목표전압이득이 각각 1 [A], 0.8 [A], 0.6[A]일 경우, 이를 각각 제어하기 위한 인버터(110)의 구동주파수(PWM신호의주파수)가 130[kz],150[kz],170[kz] 이라면, 상기 출력전압이득 중 최대전압이득인 1[A]에 대응하는 130[kz]를 인버터(110)의 구동주파수로 결정하여, 상기 구동주파수를 기준으로 인버터(110)의 제 1 및 2 스위치(Ma,Mb)를 동작시킨다.
For example, as shown in FIG. 4, when the target voltage gains of the first to third wireless power receivers 210.1 to 210.3 are 1 [A], 0.8 [A], and 0.6 [A], respectively, the control is performed. If the drive frequency (the frequency of the PWM signal) of the inverter 110 is 130 [kz], 150 [kz], 170 [kz], 130 [corresponding to 1 [A], which is the maximum voltage gain of the output voltage gain, kz] is determined as the driving frequency of the inverter 110, and the first and second switches Ma and Mb of the inverter 110 are operated based on the driving frequency.

따라서, 전력전송기에 대응하는 무선전력 수신부의 목표전압이득에 따라, 인버터의 구동주파수를 제어함으로써, 인버터를 항상 최대이득지점에서 동작시키는 과정에서 발생할 수 있는 전력손실을 줄임으로써, 무선충전시스템의 전력전송의 효율을 높일 수 있다.
Therefore, according to the target voltage gain of the wireless power receiver corresponding to the power transmitter, by controlling the drive frequency of the inverter, by reducing the power loss that can occur in the process of always operating the inverter at the maximum gain point, the power of the wireless charging system The efficiency of the transmission can be improved.

무선전력 수신부(210.1 ~210.n)는 무선전력 수신부(210.1 ~210.n)와 대응되는 무선전력 송신부(100)로부터 전송되는 전력을 수신하는 휴대용 단말기와 같은 충전이 될 대상일 수 있고, 충전이 필요한 경우 무선전력 송신부(100)에 접촉하게 되고, 그 시점부터 무선전력 송신부(100)로부터 전력을 공급받는다.
The wireless power receiver 210.1 to 210.n may be a target to be charged, such as a portable terminal that receives power transmitted from the wireless power transmitter 100 corresponding to the wireless power receiver 210.1 to 210.n, and is charged. If necessary, the wireless power transmitter 100 is contacted and power is supplied from the wireless power transmitter 100 from that point.

그리고, 무선전력 수신부(210.1 ~210.n)는 무선전력 송신부(100)의 전력전송기(120.1 ~ 120.n )로부터 전력을 공급받는 전력수신기( 220.1~220.n) 와 상기 전력수신기(220.1~220.n)를 통하여 수신되는 전압 또는 전류를 직류형태로 정류하여, 부하(240.1 ~ 240.n)에 공급하는 정류기(230.1 ~230.n)를 포함할 수 있다. 여기에서, 부하(240.1 ~ 240.n)는 휴대용 단말기등에 포함된 배터리(Battery)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. The wireless power receiver 210.1 to 210.n may include a power receiver 220.1 to 220.n that receives power from the power transmitters 120.1 to 120.n of the wireless power transmitter 100, and the power receivers 220.1 to 22.n. It may include a rectifier (230.1 ~ 230.n) for rectifying the voltage or current received through 220.n in the form of a direct current, to supply to the load (240.1 ~ 240.n). Herein, the loads 240.1 to 240.n may be batteries included in portable terminals, but are not limited thereto.

나아가, 무선전력 수신부(210.1 ~210.n)는 부하(240.1 ~ 240.n)에 필요한 무선전력 수신부(210.1 ~210.n)의 목표전압이득을 검출하는 제2프로세서(250) 와 제2프로세서(250)에서 검출된 목표전압이득에 따라 전력수신기( 220.1~220.n)에 유도되는 전류 또는 전압을 가변시키는 전력가변기(260)를 포함한다.여기에서, 전력가변기(260)는 커패시터(미도시)와 스위치(미도시) 또는 저항(미도시) 과 스위치(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 스위치(미도시)는 모스펫(mosfet)일 수 있다.
Further, the wireless power receiver 210.1 to 210.n may include a second processor 250 and a second processor for detecting a target voltage gain of the wireless power receiver 210.1 to 210.n necessary for the loads 240.1 to 240.n. And a power variabler 260 for varying the current or voltage induced in the power receivers 220.1 to 220.n according to the target voltage gain detected at 250. Here, the power variabler 260 includes a capacitor (not shown). C) and a switch (not shown) or a resistor (not shown) and a switch (not shown), and the switch (not shown) may be a MOSFET.

예를들면, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2프로세서(250)는 제 2 무선전력 수신부(210.2)에 대한 제2 부하(240.2)의 전압충전상태를 확인하여, 필요한 제 2 무선전력 수신부(210.2)의 목표전압이득을 검출한 후, 상기 목표전압이득이 상기 부하(240.2)에 공급되게 하기 위한 제어신호를 전력가변기(260)에 인가한다.
For example, as shown in FIG. 1, the second processor 250 checks the voltage charging state of the second load 240.2 with respect to the second wireless power receiver 210.2, and thus requires the required second wireless power receiver ( After detecting the target voltage gain of 210.2, a control signal for applying the target voltage gain to the load 240.2 is applied to the power converter 260.

전력가변기(260)가 상기 제어신호를 기초로 하여, 제 2 전력수신기(220.2)의 전류 또는 전압을 가변시킨다. 이에 따라, 제 2 전력수신기(220.2)에 대응하는 제 2 전력송신기(120.2)의 전류가 가변되며, 제1프로세서(130)는 제 2 전력송신기(120.2)에 흐르는 전류의 변화를 감지하여, 제 2 전력수신기(220.2)에 공급할 전류 또는 전압을 증가 또는 감소시킬지 여부를 결정한다.
The power converter 260 varies the current or voltage of the second power receiver 220.2 based on the control signal. Accordingly, the current of the second power transmitter 120.2 corresponding to the second power receiver 220.2 is varied, and the first processor 130 senses a change in the current flowing through the second power transmitter 120.2 to generate the first power. 2 Determine whether to increase or decrease the current or voltage to be supplied to the power receiver 220.2.

여기에서, 전력송신기(120.1 ~ 120.n)에 흐르는 전류(I11 ~I1n)에 의해 유도되는 전력수신기( 220.1~220.n )에 흐르는 전류는 송신인덕터(L11 ~ L1n)와 수신인덕터(L21 ~ L2n)간의 권선비에 따라 결정된다.
Here, the current I 11 flowing to the power transmitters 120.1 to 120.n. Current flowing through the electric power receiver (220.1 ~ 220.n) induced by I ~ 1n) is determined by the turns ratio between the transmitting inductor (L 11 ~ L 1n) and a receiving inductor (L 21 ~ L 2n).

상기에서 검토한 바와 같이, 본 발명인 무선충전시스템은 단일 무선전력송신부로 복수개의 무선전력 수신부의 충전을 위해, 복수개의 전력전송기를 단일 인버터로 구동하며, 각각의 무선전력 수신부의 출력전압이득에 따라 이에 대응되는 전력전송기의 전송전력을 개별적으로 제어함으로써, 다중무선충전을 위한 회로구성을 단순화 할 수 있으며, 종래의 무선전력 수신기와의 호환성을 확보할 수 있다.
As discussed above, the present invention wireless charging system drives a plurality of power transmitters with a single inverter for charging a plurality of wireless power receivers with a single wireless power transmitter, according to the output voltage gain of each wireless power receiver. By separately controlling the transmission power of the corresponding power transmitter, it is possible to simplify the circuit configuration for the multi-wireless charging, and to ensure compatibility with the conventional wireless power receiver.

나아가, 전력전송기에 대응하는 무선전력 수신부의 출력전류에 따라, 인버터의 구동주파수를 제어함으로써, 인버터를 항상 최대이득지점에서 동작시키는 과정에서 발생할 수 있는 전력손실을 줄임으로써, 무선충전시스템의 전력전송에 관한 효율성을 높일 수 있다.
Further, by controlling the drive frequency of the inverter in accordance with the output current of the wireless power receiver corresponding to the power transmitter, by reducing the power loss that can occur in the process of always operating the inverter at the maximum gain point, power transmission of the wireless charging system Can increase efficiency.

이하, 도 4 내지 도 6b를 참조하여, 본 발명인 무선충전시스템의 제어방법에 대해 보다 상세히 설명할 것이며, 무선전력 송신부는 3개의 전력전송기를 포함하는 경우를 기준으로 설명하지만, 상기 전력전송기의 갯수는 이에 한정되지 않는다. Hereinafter, the control method of the wireless charging system according to the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. 4 to 6B, but the wireless power transmitter will be described based on the case of including three power transmitters. Is not limited to this.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 무선충전시스템의 회로구성을 나타낸 도면이다. 도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 인버터의 동작신호를 나타낸 도면이고, 도 5b는 전력전송기의 활성화 스위치의 구동전압을 나타낸 도면이며, 도 5c는 전력전송기의 공진탱크의 전압을 나타낸 도면이다. 4 is a diagram illustrating a circuit configuration of a wireless charging system according to an embodiment of the present invention. Figure 5a is a view showing the operation signal of the inverter according to an embodiment of the present invention, Figure 5b is a view showing the drive voltage of the activation switch of the power transmitter, Figure 5c is a view showing the voltage of the resonant tank of the power transmitter. .

그리고, 도 6a 와 도 6b는 도 5a 내지 5c에 따른 본 발명의 일실시예에 따른 무선전력 수신부의 부하전압 과 무선전력 수신부의 출력전류를 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 무선충전시스템의 제어방법을 나타낸 흐름도이다. 6A and 6B illustrate load voltages of the wireless power receiver and an output current of the wireless power receiver, according to an embodiment of the present invention according to FIGS. 5A to 5C. Flow chart showing a control method of a wireless charging system according to.

이하에서, 무선전력 송신부에 포함된 제 1 내지 3 전력전송기에 각각 대응되는 제 1 내지 3 무선전력 수신부(210.1 ~210.3)를 기준으로 설명할 것이나, 이는 하나의 실시예일 뿐이며, 전력전송기 와 무선전력 수신부의 갯수는 이에 한정되지 아니한다.
Hereinafter, description will be made based on the first to third wireless power receivers 210.1 to 210.3 corresponding to the first to third power transmitters included in the wireless power transmitter, but this is only one embodiment. The number of receivers is not limited to this.

도 4 및 7에 도시된 바와 같이, 먼저, 제2프로세서(250)에서 무선전력 송신부(100)에 포함된 전력전송기에 대응되는 무선전력 수신부(210.1 ~210.n) 각각의 목표전압이득을 검출하는 목표전류 검출단계를 수행한다.(S100)
4 and 7, first, a target voltage gain of each of the wireless power receivers 210.1 to 210.n corresponding to the power transmitter included in the wireless power transmitter 100 is detected by the second processor 250. The target current detection step is performed.

예를들면, 도 4에 도시된 바와같이, 제2프로세서(250)는 제 1 내지 3 전력전송기(120.1 ~120.3)에 대응되는 제 1 내지 3 무선전력 수신부(210.1 ~210.3)의 제 1 내지 3 부하(240.1 ~ 240.3)의 전압충전상태에 따라, 상기 부하(240.1 ~ 240.3)의 전압을 일정한 전압(예를들면, 5 [V])까지 충전하는데 필요한 전류의 크기(목표전압이득)을 산출한다.
For example, as shown in FIG. 4, the second processor 250 may include the first to third of the first to third wireless power receivers 210.1 to 210.3 corresponding to the first to third power transmitters 120.1 to 120.3. According to the voltage charging state of the loads 240.1 to 240.3, the magnitude (target voltage gain) of the current required to charge the voltages of the loads 240.1 to 240.3 to a constant voltage (for example, 5 [V]) is calculated. .

여기에서, 제 2 프로세서(250)는 제 1 내지 3 무선전력 수신부(210.1 ~210.3)의 목표전압이득에 대한 정보를 별도의 통신채널(미도시)를 통해, 제 1 프로세서(130)에 전송할 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다.
Here, the second processor 250 may transmit information on the target voltage gain of the first to third wireless power receivers 210.1 to 210.3 to the first processor 130 through a separate communication channel (not shown). However, it is not limited thereto.

다음으로, 제1프로세서(130)에서 상기 목표전압이득에 기초하여, 각각의 전력전송기(120.1 ~120.3)로부터 상기 전력전송기(120.1 ~120.3)에 대응되는 무선전력 수신부(210.1 ~210.3)에 전송되는 전력을 제어하는 송신전력 제어단계를 수행한다.Next, based on the target voltage gain, the first processor 130 is transmitted from each of the power transmitters 120.1 to 120.3 to the wireless power receivers 210.1 to 210.3 corresponding to the power transmitters 120.1 to 120.3. A transmission power control step of controlling power is performed.

구체적으로, 1) 제 1 내지 3의 전력전송기(120.1 ~120.3)에 대응되는 제 1 내지 3 무선전력 수신부(210.1 ~210.3)의 목표전압이득에 기초하여, 인버터(110)의 구동신호의 주파수를 결정하는 단계를 수행한다(S110). Specifically, 1) the frequency of the drive signal of the inverter 110 based on the target voltage gain of the first to third wireless power receivers 210.1 to 210.3 corresponding to the first to third power transmitters 120.1 to 120.3. The determination step is performed (S110).

즉, 제 1 내지 3 전력전송기(120.1 ~120.3)에 대응되는 제 1 내지 3 무선전력 수신부(210.1 ~210.3)의 목표전압이득 중 최대전압이득을 산출하며, 상기 최대전압이득에 기초하여, 인버터(110)의 제 1 스위치(Ma) 와 제 2 스위치(Mb)의 동작을 제어하기 위한 구동신호의 주파수를 결정한다.
That is, the maximum voltage gain is calculated among the target voltage gains of the first to third wireless power receivers 210.1 to 210.3 corresponding to the first to third power transmitters 120.1 to 120.3, and based on the maximum voltage gain, the inverter ( The frequency of the driving signal for controlling the operation of the first switch Ma and the second switch Mb of 110 is determined.

여기에서, 인버터(110)의 제 1 스위치(Ma) 및 제 2 스위치(Mb)는 모스펫(Metal oxide semiconductor field effect transistor)이며, 상기 구동신호는 상기 모스펫을 동작시키기 위한 PWM(Pulse width modulation)신호일 수 있다.
Here, the first switch Ma and the second switch Mb of the inverter 110 are metal oxide semiconductor field effect transistors, and the driving signal is a pulse width modulation (PWM) signal for operating the MOSFET. Can be.

예를 들면, 제 1 내지 3 무선전력 수신부(210.1 ~210.3)의 목표전압이득이 각각 1 [A], 0.8 [A], 0.6[A]일 경우, 상기 전류를 제공하기 위한 인버터(110)의 구동주파수(PWM신호의주파수)가 130[kz],150[kz],170[kz]이라고 가정한다. For example, when the target voltage gains of the first to third wireless power receivers 210.1 to 210.3 are 1 [A], 0.8 [A], and 0.6 [A], respectively, the inverter 110 for providing the current is provided. Assume that the driving frequency (the frequency of the PWM signal) is 130 [kz], 150 [kz], 170 [kz].

제1프로세서(130)는 상기 목표전압이득 중 최대전압이득인 1[A]에 대응하는 130[kz]를 인버터(110)의 구동주파수로 결정하여, 상기 구동주파수를 기준으로 인버터(110)의 제 1 및 2 스위치(Ma, Mb)를 동작시킨다. The first processor 130 determines 130 [kz] corresponding to 1 [A], which is the maximum voltage gain, among the target voltage gains as the driving frequency of the inverter 110, and determines that the inverter 110 is based on the driving frequency. The first and second switches Ma and Mb are operated.

즉, 도 5a에 도시된 바와 같이, 인버터(110)는 무선전력 수신부(210.1 ~210.3)의 목표전압이득에 기초한 구동주파수로 설정된 PWM신호를 통해, 제 1 스위치(Ma) 와 제 2 스위치(Mb)의 턴온을 상호 교번적으로 동작시킨다.
That is, as shown in Figure 5a, the inverter 110, via the PWM signal set to the drive frequency based on the target voltage gain of the wireless power receiver 210.1 ~ 210.3, the first switch (Ma) and the second switch (Mb) ) Turns on each other in turn.

그리고, 인버터(110)에서 전원부(140)로부터 인가된 직류전압을 스위칭 동작을 통해, 펄스전압신호(구형파)로 변경하여, 상기 펄스전압신호(구형파)를 제 1 내지 3 전력전송기(120.1~120.3)에 인가한다.
In addition, the inverter 110 converts the DC voltage applied from the power supply unit 140 into a pulse voltage signal (square wave) through a switching operation, thereby converting the pulse voltage signal (square wave) into the first to third power transmitters 120.1 to 120.3. ) Is applied.

3) 다음으로, 제 1 프로세서(130)에서 전력전송기(120.1~120.3)에 대응되는 무선전력 수신부(210.1~210.3)의 목표전압이득에 기초하여, 각각의 전력전송기(120.1~120.3)에 포함된 활성화 스위치(M1 ~ M3)의 구동전압을 제어하는 단계를 수행한다(S120).
3) Next, based on the target voltage gain of the wireless power receiver 210.1 to 210.3 corresponding to the power transmitters 120.1 to 120.3 in the first processor 130, each of the power transmitters 120.1 to 120.3 is included. Activation switch (M 1 A driving voltage of ~ M 3 ) is controlled (S120).

예를들면, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 3 무선전력 수신부(210.1~210.3)가 필요한 목표전압이득이 각각 1[A], 0.8[A], 0.6[A]인 경우, ⅰ) 인버터(110)의 제 1 스위치(Ma)가 턴온(ON)되고, 제 2 스위치(Mb)가 오프(OFF)된 경우, 제1프로세서(130)는 제 1 내지 3 활성화 스위치(M1 ~ M3)의 구동전압(게이트-소스 전압)의 크기를 각각 5[V],4[V],3[V]로 제어하게 되면, 상기 제 1 내지 3 활성화 스위치(M1 ~ M3)의 출력전압(드레인-소스 전압)의 크기는 각각 0[V],2[V],4[V]로 설정된다.
For example, as shown in FIGS. 4 and 5, when the target voltage gains required by the first to third wireless power receivers 210.1 to 210.3 are 1 [A], 0.8 [A], and 0.6 [A], respectively. , I) When the first switch Ma of the inverter 110 is turned on and the second switch Mb is turned off, the first processor 130 may perform the first to third activation switches M. FIG. One When the magnitudes of the driving voltages (gate-source voltages) of M 3 are controlled to 5 [V], 4 [V], and 3 [V], respectively, the first to third activation switches M 1. The magnitude of the output voltage (drain-source voltage) of ˜M 3 ) is set to 0 [V], 2 [V], and 4 [V], respectively.

여기에서, 제 1 활성화 스위치(M1)의 출력전압(드레인 - 소스 전압)은 0[V]에 수렴하여, 스위칭 영역에서 턴온(ON)되며, 제 2 활성화 스위치(M2) 와 3 활성화 스위치(M3)는 선형영역에서 동작한다.
Here, the output voltage (drain-source voltage) of the first activation switch M 1 converges to 0 [V] and is turned on in the switching region, and the second activation switch M 2 and the third activation switch are turned on. (M 3 ) operates in the linear region.

이때, 인버터(110)로부터 인가되는 입력전압이 12[V]인 경우, 제 1 내지 3 전력전송기(120.1~120.3)에 포함된 제 1내지 3 공진탱크(121.1~121.3)에는 각각 12[V],10[V],8[V]의 크기를 갖는 전압이 인가된다. At this time, when the input voltage applied from the inverter 110 is 12 [V], each of the first to third resonant tanks 121.1 to 121.3 included in the first to third power transmitters 120.1 to 120.3 is 12 [V]. Voltages with magnitudes of 10, V, and 8V are applied.

이에 따라, 제 1 내지 3 송신인덕터(L11 ~ L13)에는 상기 공진탱크의 전압크기에 대응하는 전류(I11 ~I13)가 흐르며, 상기 전류의 유도자기장으로 인해, 제 1 내지 3 수신인덕터(L21 ~ L23)에는 역기전력에 의한 전류(I21 ~I23)가 유도된다.
Accordingly, the first to third transmitting inductors L 11 to L 13 have current I 11 corresponding to the voltage level of the resonant tank. ˜I 13 flows, and due to the induced magnetic field of the current, the first to third receiving inductors L 21 to L 23 are supplied by the counter electromotive force I 21. ~ I 23 ) is derived.

ⅱ) 인버터(110)의 제 1 스위치(Ma)가 오프(OFF)되고, 제 2 스위치(Mb)가 온(ON)된 경우, 제 1 내지 3 활성화 스위치(M1 ~ M3)를 모두 스위칭영역에서 턴온(ON)시킨다. 즉, 제 1 내지 3 활성화 스위치(M1 ~ M3)의 구동전압(게이트-소스 전압)을 출력전압(드레인-소스 전압)이 0[V]에 수렴하도록 제어한다.
Ii) When the first switch Ma of the inverter 110 is OFF and the second switch Mb is ON, the first to third activation switches M 1. Turn M 3 ) ON in the switching area. That is, the first to third activation switch (M 1 The driving voltage (gate-source voltage) of ˜M 3 ) is controlled so that the output voltage (drain-source voltage) converges to 0 [V].

4) 마지막으로, 제 2 프로세서(250)는 제 1 내지 3 무선전력 수신부(210.1~210.3)의 목표전압이득이 각각의 무선전력 수신부의 목표전압이득에 수렴했는지 여부를 판단한다(S130). 4) Finally, the second processor 250 determines whether the target voltage gains of the first to third wireless power receivers 210.1 to 210.3 converge to the target voltage gains of the respective wireless power receivers (S130).

즉, 제 2 프로세서(250)는 제 1 내지 3 무선전력 수신부(210.1~210.3)의 출력전압이득(I01 ~I03)이 상기 목표전압이득과 상이한 경우, 전력가변기(260)를 통해 전력수신기(220.1 ~ 220.3)에 유도되는 전류 또는 전압을 가변시킴으로써, 제 1 내지 3 전력수신기(220.1 ~ 220.3)에 대응하는 제 1 내지 3 전력전송기(120.1~120.3)의 전류를 변화시킨다.
That is, when the output voltage gains I 01 to I 03 of the first to third wireless power receivers 210.1 to 210.3 are different from the target voltage gains, the second processor 250 may use the power receiver 260 through the power transformer 260. By varying the current or voltage induced at 220.1 to 220.3, the current of the first to third power transmitters 120.1 to 120.3 corresponding to the first to third power receivers 220.1 to 220.3 is changed.

이때, 제 1 프로세서(130)는 제 1 내지 3 전력전송기(120.1~120.3)의 전류의 변동을 감지하여, 상기 전력전송기(120.1~120.3)에 포함된 활성화 스위치(M1 ~ M3)의 구동전압(게이트-소스 전압)의 제어를 통해, 제 1 내지 3 공진탱크 전압의 크기를 증가 또는 감소시킴으로써, 제 1 내지 3 무선전력 수신부(210.1~210.3)의 출력전압이득이 목표전압이득에 수렴하도록 제어한다. In this case, the first processor 130 detects a change in current of the first to third power transmitters 120.1 to 120.3, and activates the switch M 1 included in the power transmitters 120.1 to 120.3. ~ M 3) a drive voltage (the gate of the - by increasing or decreasing the size of the first to third resonant tank voltage through a control of the source voltage), the output voltage gain of the first to third wireless power receiver (210.1 ~ 210.3) Control to converge to the target voltage gain.

따라서, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 내지 3 활성화 스위치(M1 ~ M3)의 구동전압(게이트-소스 전압)의 제어를 통해, 제 1내지 3 공진탱크(121.1~121.3)의 전압을 각각 12[V],10[V],8[V]로 제어하는 경우, 제 1 내지 3 무선전력 수신부의 출력전류(I01 ~I03)는 각각 1[A], 0.8[A], 0.6[A]에 수렴하게 된다(도 6b).Thus, as shown in Figure 6, the first to third activation switch (M 1 By controlling the driving voltage (gate-source voltage) of ~ M 3 ), the voltages of the first to third resonant tanks 121.1 to 121.3 are controlled to 12 [V], 10 [V], and 8 [V], respectively. In this case, the output current I 01 of the first to third wireless power receivers I 03 ) converges to 1 [A], 0.8 [A], and 0.6 [A], respectively (FIG. 6B).

또한, 제 1 내지 3 활성화 스위치(M1 ~ M3)의 구동전압(게이트-소스 전압)의 제어를 출력부하에 관계없이 제 1 내지 3 부하(240.1~240.3)의 전압(V01 V02 V03)을 일정전압(예를들면, 5[V])에 수렴하도록 정밀하게 제어할 수 있다(도 5a).
In addition, the first to third activation switch (M 1 ~ M 3) a drive voltage (the gate-voltage (01 V of the source voltage), the first to third load (240.1 ~ 240.3) the output load regardless of the control of the V 02 V 03 ) can be precisely controlled to converge to a constant voltage (eg, 5 [V]) (FIG. 5A).

앞서 설명한 제1프로세서(130) 과 제2프로세서(250)는 상기에서 설명한 기능을 수행하기 위한 알고리즘을 포함할 수 있으며, 펌웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어(예를들면, 반도체칩 또는 응용집적회로(application-specific integrated circuit)에서 구현될 수 있다.
The first processor 130 and the second processor 250 described above may include algorithms for performing the functions described above, and may include firmware, software, or hardware (eg, a semiconductor chip or an application integrated circuit). specific integrated circuit).

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 무선충전 시스템 및 그 제어방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.  Although the present invention has been described in detail through specific embodiments, this is for explaining the present invention in detail, and the wireless charging system and its control method according to the present invention are not limited thereto, and the technical field of the present invention may be related to the present invention. It will be apparent that modifications and improvements are possible by those skilled in the art.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.All simple modifications and variations of the present invention fall within the scope of the present invention, and the specific scope of the present invention will be apparent from the appended claims.

10 : 무선충전시스템.
100 : 무선전력 송신부 110 : 인버터
120.1 ~ 120.n : 전력전송기 130 : 제1프로세서
210.1 ~210.n : 무선전력 수신부 220.1~220.n : 전력수신기
230.1 ~230.n : 정류기 240.1 ~ 240.n : 부하
260 : 전력 가변기 250 : 제2프로세서
10: wireless charging system.
100: wireless power transmitter 110: inverter
120.1 ~ 120.n: power transmitter 130: first processor
210.1 ~ 210.n: Wireless power receiver 220.1 ~ 220.n: Power receiver
230.1 ~ 230.n: Rectifier 240.1 ~ 240.n: Load
260: power variable 250: second processor

Claims (17)

전력을 전송하는 공진 탱크 및 상기 공진 탱크와 직렬로 연결된 활성화 스위치를 포함하는 적어도 하나 이상의 전력전송기; 및
상기 활성화 스위치에 인가되는 구동전압의 크기를 제어하여 상기 공진 탱크가 전송하는 상기 전력의 크기를 제어하는 프로세서를 포함하고,
상기 공진 탱크는 상호 직렬로 연결된 송신인덕터와 송신커패시터로 구성되며,
상기 활성화 스위치는 일측이 상기 송신인덕터에 직렬 연결되고, 타측이 접지에 직렬 연결되고,
상기 프로세서는 상기 적어도 하나 이상의 전력전송기에 대응되는 무선전력 수신부의 목표전압이득에 기초하여, 상기 활성화 스위치의 상기 구동 전압의 크기를 제어하고,
상기 무선전력 수신부의 출력전류와 상기 목표전압이득을 비교하며,
상기 출력전류가 상기 목표전압이득 미만인 경우, 상기 구동전압의 크기 제어를 계속적으로 수행하며, 상기 출력전류가 상기 목표전압이득 이상인 경우, 상기 구동전압의 크기 제어를 종료하는 무선전력 송신 장치.
At least one power transmitter including a resonant tank for transmitting power and an activation switch connected in series with the resonant tank; And
And a processor for controlling the magnitude of the power transmitted by the resonance tank by controlling the magnitude of the driving voltage applied to the activation switch.
The resonant tank is composed of a transmission inductor and a transmission capacitor connected in series with each other,
The activation switch has one side connected in series with the transmitting inductor, the other side connected in series with the ground,
The processor controls the magnitude of the driving voltage of the activation switch based on the target voltage gain of the wireless power receiver corresponding to the at least one power transmitter,
Comparing the output current of the wireless power receiver with the target voltage gain,
And continuously control the magnitude of the driving voltage when the output current is less than the target voltage gain, and terminate the magnitude control of the driving voltage when the output current is greater than or equal to the target voltage gain.
청구항 1에 있어서,
상기 무선전력 송신 장치는
전원부로부터 인가된 직류전압을 스위칭 동작을 통해, 펄스전압신호로 변경하며, 상기 펄스전압신호를 상기 전력전송기에 인가하는 인버터를 더 포함하는 무선전력 송신 장치.
The method according to claim 1,
The wireless power transmission device
And an inverter configured to change a DC voltage applied from a power supply unit into a pulse voltage signal through a switching operation, and apply the pulse voltage signal to the power transmitter.
청구항 2에 있어서,
상기 프로세서는
상기 전력전송기에 대응되는 무선전력 수신부의 목표전압이득에 기초하여, 상기 인버터의 구동신호의 주파수인 구동주파수를 결정하며, 상기 구동주파수를 기준으로 상기 인버터의 스위칭 동작을 제어하는 무선전력 송신 장치.
The method according to claim 2,
The processor is
And determining a driving frequency which is a frequency of a driving signal of the inverter based on a target voltage gain of the wireless power receiver corresponding to the power transmitter, and controlling a switching operation of the inverter based on the driving frequency.
청구항 3에 있어서,
상기 전력전송기 및 상기 무선전력 수신부는 복수개이고,
상기 복수개의 전력전송기는 모두 상기 인버터로부터 상기 펄스전압신호를 수신하고,
상기 복수개의 전력전송기 각각은 대응하는 무선전력 수신부로 전력을 전송하고,
상기 프로세서는
상기 복수개의 무선전력 수신부의 목표전압이득들 중 최대전압이득을 검출하며, 상기 최대전압이득에 기초하여 상기 구동주파수를 결정하는 무선전력 송신 장치.
The method according to claim 3,
The power transmitter and the wireless power receiver is a plurality,
The plurality of power transmitters all receive the pulse voltage signal from the inverter,
Each of the plurality of power transmitters transmits power to a corresponding wireless power receiver,
The processor is
And detecting maximum voltage gain among target voltage gains of the plurality of wireless power receivers, and determining the driving frequency based on the maximum voltage gain.
삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 활성화 스위치는
모스펫(Metal oxide semiconductor field effect transistor)인 무선전력 송신 장치.
The method according to claim 1,
The activation switch
Wireless power transmission device is a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor).
청구항 4에 있어서,
상기 프로세서는
상기 복수개의 전력전송기들 각각에 대응되는 상기 무선전력 수신부의 목표전압이득에 기초하여, 상기 복수개의 전력전송기들 각각의 상기 활성화 스위치의 구동전압 크기를 제어하는 무선전력 송신 장치.
The method according to claim 4,
The processor is
And controlling a driving voltage level of the activation switch of each of the plurality of power transmitters, based on a target voltage gain of the wireless power receiver corresponding to each of the plurality of power transmitters.
청구항 4에 있어서,
상기 인버터는
상호 전기적으로 연결되며, 교번적으로 동작하는 제 1 스위치와 제 2 스위치를 포함하며,
상기 제 2 스위치는 상기 전력전송기와 병렬로 연결된 무선전력 송신 장치.
The method according to claim 4,
The inverter
Electrically connected to each other, the first switch and the second switch operating alternately;
The second switch is a wireless power transmission device connected in parallel with the power transmitter.
청구항 8에 있어서,
상기 제 1 및 2 스위치는
모스펫(Metal oxide semiconductor field effect transistor)인 무선전력 송신 장치.
The method according to claim 8,
The first and second switches
Wireless power transmission device is a MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor).
청구항 9에 있어서,
상기 프로세서는
상기 최대전압이득에 기초하여, 상기 인버터의 제 1 스위치와 제 2 스위치의 동작을 제어하기 위한 PWM신호의 주파수를 결정하는 무선전력 송신 장치.
The method according to claim 9,
The processor is
And a frequency of the PWM signal for controlling the operation of the first switch and the second switch of the inverter based on the maximum voltage gain.
전력을 전송하는 공진 탱크 및 상기 공진 탱크와 직렬로 연결된 활성화 스위치를 포함하는 적어도 하나 이상의 전력전송기를 포함하는 무선전력 송신 장치의 제어방법에 있어서,
상기 전력전송기로 펄스전압신호를 인가하는 입력전압 인가단계; 및
상기 활성화 스위치에 인가되는 구동전압의 크기를 제어하여 상기 공진 탱크가 전송하는 상기 전력의 크기를 제어하는 송신전력 제어단계를 포함하고,
상기 공진 탱크는 상호 직렬로 연결된 송신인덕터와 송신커패시터로 구성되며,
상기 활성화 스위치는 일측이 상기 송신인덕터에 직렬 연결되고, 타측이 접지에 직렬 연결되고,
상기 송신전력 제어단계는
프로세서에서 상기 적어도 하나의 전력전송기에 대응되는 무선전력 수신부의 목표전압이득에 기초하여, 상기 활성화 스위치의 상기 구동전압의 크기를 제어하고,
상기 무선전력 수신부의 출력전류와 상기 목표전압이득을 비교하며,
상기 출력전류가 상기 목표전압이득 미만인 경우, 상기 구동전압의 크기 제어를 계속적으로 수행하며, 상기 출력전류가 상기 목표전압이득 이상인 경우, 상기 구동전압의 크기 제어를 종료하는 무선전력 송신 장치의 제어방법.
A control method of a wireless power transmitter including at least one power transmitter including a resonance tank for transmitting power and an activation switch connected in series with the resonance tank.
An input voltage applying step of applying a pulse voltage signal to the power transmitter; And
And a transmission power control step of controlling the magnitude of the power transmitted by the resonance tank by controlling the magnitude of the driving voltage applied to the activation switch.
The resonant tank is composed of a transmission inductor and a transmission capacitor connected in series with each other,
The activation switch has one side connected in series with the transmitting inductor, the other side connected in series with the ground,
The transmission power control step
A processor controlling a magnitude of the driving voltage of the activation switch based on a target voltage gain of a wireless power receiver corresponding to the at least one power transmitter,
Comparing the output current of the wireless power receiver with the target voltage gain,
If the output current is less than the target voltage gain, continuously controlling the magnitude of the driving voltage; and if the output current is greater than or equal to the target voltage gain, controlling the magnitude of the driving voltage. .
청구항 11에 있어서,
상기 전력전송기는 복수개이고,
상기 복수개의 전력전송기는 모두 상기 펄스전압신호를 인가받고, 각각 대응되는 무선전력 수신부로 전력을 전송하며,
상기 송신전력 제어단계는
프로세서에서 상기 복수개의 전력전송기 각각에 대응되는 무선전력 수신부의 목표전압이득에 기초하여, 상기 각각의 전력전송기에 포함된 활성화 스위치의 구동전압의 크기를 제어하는 무선전력 송신 장치의 제어방법.
The method according to claim 11,
The power transmitter is a plurality,
The plurality of power transmitters all receive the pulse voltage signal, and transmit power to corresponding wireless power receivers, respectively.
The transmission power control step
And a processor controlling a magnitude of a driving voltage of an activation switch included in each of the power transmitters, based on a target voltage gain of a wireless power receiver corresponding to each of the plurality of power transmitters.
삭제delete 청구항 11에 있어서,
상기 활성화 스위치는
모스펫(Metal oxide semiconductor field effect transistor)인 무선전력 송신 장치의 제어방법.
The method according to claim 11,
The activation switch
A method of controlling a wireless power transmission apparatus which is a metal oxide semiconductor field effect transistor.
청구항 11에 있어서,
상기 입력전압 인가단계는
상기 전력전송기에 대응되는 무선전력 수신부의 목표전압이득에 기초하여, 인버터의 구동신호의 주파수인 구동 주파수를 결정하는 구동주파수 결정단계; 및
상기 구동 주파수에 따라 상기 인버터로 구동 신호를 인가하여 상기 펄스전압신호를 생성하는 펄스전압신호 생성단계를 포함하는 무선전력 송신 장치의 제어방법.
The method according to claim 11,
The input voltage applying step
A driving frequency determining step of determining a driving frequency which is a frequency of a driving signal of an inverter based on a target voltage gain of a wireless power receiver corresponding to the power transmitter; And
And a pulse voltage signal generation step of generating a pulse voltage signal by applying a drive signal to the inverter according to the driving frequency.
청구항 15에 있어서,
상기 전력전송기는 복수개이고,
상기 복수개의 전력전송기는 모두 상기 펄스전압신호를 인가받고, 각각 대응되는 무선전력 수신부로 전력을 전송하며,
상기 구동주파수 결정단계는
상기 무선전력 수신부들의 목표전압이득들 중 최대전압이득을 산출하는 단계; 및
상기 최대전압이득에 기초하여, 상기 구동주파수를 결정하는 단계를 포함하는 무선전력 송신 장치의 제어방법.
The method according to claim 15,
The power transmitter is a plurality,
The plurality of power transmitters all receive the pulse voltage signal, and transmit power to corresponding wireless power receivers, respectively.
The driving frequency determination step
Calculating a maximum voltage gain among target voltage gains of the wireless power receivers; And
And determining the driving frequency based on the maximum voltage gain.
청구항 16에 있어서,
상기 구동신호는
상기 인버터의 제1 스위치 및 제2 스위치를 동작시키기 위한 PWM(Pulse width modulation)신호인 무선전력 송신 장치의 제어방법.The method according to claim 16,
The drive signal is
And a pulse width modulation (PWM) signal for operating the first switch and the second switch of the inverter.
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